土建网-工程师的家园
供水管网中阀门问题的研讨
RSS 打印 复制链接 发布时间:2012-05-14 10:13:04

1阀门在供水管网中的功能

    供水的管网将把水厂送出的自来水输配至千家万户,因此供水管网分布于城市的每个角落,供水管网的管道长度少至数百公里,多至数千公里。

    水的不可替代性和人们生存的必需性,决定了供水管网安全运行的重要性。但是由于主客观多方面的原因,管道往往要出现一些故障,管网总是要不断更新改造,用水户经常要有增减因此局部管段的停水现象就是难以避免。为了缩小停水范围,在管网内适当地安装控制阀门乃是十分必要。因此在一座城市的供水管网中,阀门数量成千上万,且无规则地分布于城市街道的下面。

    阀门是一种“养兵千日,用于一时”的控制设备,平时要求阀门开启要到位,减少管段的水损失。一旦需要,阀门应能关闭迅速,切流可靠。阀门的完好率,关系到阀门的选型、阀门的制造、管路的设计、阀门的组装、阀门的启闭作业及阀门的管理,当然最主要的原因还是阀门的质量。

    2问题研讨通过20家自来水公司管网阀门使用情况的调研,通过对十家阀门制造厂的考察,体会到阀门在供水管网中作用大、数量多、分布广,问题不少。供水管网中的阀门操作并不频繁,长期待命,一旦召唤,难以奏效。因此,在阀门选型、阀门制造、阀门检验、阀门组装、阀门管理上均有许多内容值得商讨。

    2.1阀门的选型

    (1)闸阀与蝶阀在供水管网中为了降低管道覆土深度,一般口径较大管道选配蝶阀,对覆土深度影响不大的,力求选配闸阀,致于口径的分界线应各地按具体情况考虑。从近十年使用情况而言,蝶阀出现的故障比闸阀高,因此在条件许可的情况下,扩大闸阀的使用范围是值得关注的。

    (2)闸阀近年来,国内不少阀门制造厂家,研制、仿制软密封闸阀,这种闸阀比传统的楔式或平行双闸板式闸阀有如下特点:

    a.软密封闸阀的阀体、阀盖采用精密铸造法铸造,一次成型,基本不机械加工,不使用密封铜环,节约有色金属。

    b.软密封闸阀底部无凹坑,不积存渣物,闸阀启闭的故障率低。

    c.软密封衬胶阀板尺寸统一,互换性强。因此软密封闸阀将是供水行业乐意采用的一种形式。目前国内制造的软密封闸阀口径达1500mm,但多数厂家制造的口径在80-300mm间,国内制造工艺上尚有诸多问题,从此次考察的情况而言,上海某阀门制造公司的阀体是委托国内铸造厂用树脂砂造型翻铸的,软密封阀板是从国外某公司进口的。该公司认为软密封闸阀的关键部件是衬胶阀板,而衬胶阀板的技术要求较高,国外也不是所有厂家都能达到的,往往是从质量可靠的厂方购进组装。

    国内软密封闸阀的铜螺母块是嵌挂在衬胶阀板上方的,类似闸阀的结构,由于螺母块的活动摩擦容易使阀板的衬胶剥离。国外某公司的软密封闸阀,铜螺母块是镶嵌在衬胶闸板内,形成整体,克服了上述缺点,但阀盖与阀体组合的同心度要求较高。

    启闭软密封闸阀时,千万不应关闭过死,只要达到止水效果即可,否则不易开启或衬胶剥离。山东某阀门制造公司,在阀门试压检验时,使用扭力板手来控制关闭的程度,作为自来水公司的阀门操作人员也应较仿此种启闭方法。

    (3)蝶阀当前蝶阀选型中关注的几个问题:

    a.中线蝶阀中线蝶阀在我国小口径蝶阀中使用量很大,效果也比较好。在制造方式上有两大差别:一种阀体衬胶层后有支承架(以塘沽产品为代表);一种阀体衬胶层后没有支承架(以郑州产品为代表)。前者衬胶量较少,后者过流面积较大。有人怀疑后者阀门使用寿命较短,但据调查并非如此。

    b.立式与卧式蝶阀的比较在中、大型蝶阀中,阀轴存在立式与卧式的区别,通常立式蝶阀的覆土较深,水中杂物容易缠绕轴端,影响启闭;卧式蝶阀的变速传动箱在侧旁,阀井在道路上占的平面位置较宽,影响安排其它管线。因此在中型中径蝶阀用立式为多,大口径蝶阀在平面位置许可的条件下力求卧式。无论立式或卧式,阀门启闭指标均应采取措施,以便从地面上观察到。

    c.偏心蝶阀中线蝶阀的关闭密封,实质上一种橡胶衬层的挤压密封,特别是阀轴附近受挤较大,这样阀门的使用寿命受到影响,阀门的启闭力矩偏大。为了减轻这方面的缺点,设计出一维、二维及三维偏心的蝶阀,其中研制的三维偏心蝶阀,理论的密封状态是一种接触密封状态,不少厂家进行了这方面的研制,其中天津某厂的产品采用电脑控制的机床加工的,产品接近这方面的技术要求。偏心蝶阀在承载水压上是有方向性的,特别是三维偏蝶阀反向承压能力较弱。由于管网是环状的,要求阀门两向承受压力的要求是相同的,因此订货时应强调此项要求。

    d.软密封与金属密封

    供水行业使用的蝶阀多数是软密封蝶阀,这种密封方式在使用中出现了以下问题:

    ①橡胶质量不佳,容易老化、长期受压变形、挤压开裂;

    ②阀门在制造过程中,难以保证蝶板在阀体腔中的同心度,往往以过度挤压的方式解决密封问题,从而影响了阀门的使用寿命;

    ③立式蝶阀阀轴与轴套的加工精度及止推方式失调,导致蝶板晃动与下垂,形成了渗漏;

    ④蝶阀在安装施工过程中胶圈受损,影响了密封性。一些厂家针对上述问题进行了以下的改进:

    ①胶圈定点外协生产,加强质量把关,通常用于供水行业的阀门,选用三元乙丙橡胶和丁睛橡胶而天然橡胶用的不多,严禁掺和再生胶;

    ②湖北某厂对蝶板上的密封胶圈的整块压板改成短块燕尾拼装连接,以调节各部位压板的挤压程度来平衡蝶阀使用寿命,但这种调节技巧也是很难掌握的;

    ③天津及上海个别厂推出的DB蝶阀及法兰蝶阀,它们的密封胶圈镶嵌在燕尾槽内,有一定的活动余量,可以自行调节蝶阀关闭时胶圈的挤压状况;

    ④河南某公司推出一种“氟塑料”密封圈替代橡胶密封圈,提高密封圈的耐磨性及抗老化性;

    ⑤不少厂家推出金属密封蝶阀替代胶圈密封蝶阀。

    金属密封蝶阀由于密封件的弹性较小,一般采用偏心结构,特别是用三维偏心结构较为理想。金属密封蝶阀原用于高压蒸汽管路上,价格较贵,它在运行中密封面不易损伤,但它的制造精度要求较高,一旦渗漏难以修复。

(4)球阀与旋塞阀蝶阀的主要缺点是蝶板占据一定的过水断面,增大一定的水头损失;闸阀虽无此问题,但大口径立式闸阀的高度影响管道的覆土深度,大口径卧式闸阀的长度,增大管线占据横向面积,影响其它管线的安排;球阀及旋塞阀则保持了闸阀的过水断面,又克服了它的缺点。球阀具有结构简单、流阻小、密封可靠、动作灵活,维修及操作方便等优点。旋塞阀亦具有类似优点,唯过水面积不是正园形。

    球阀及旋塞阀均比蝶阀重,铸造及加工难度大,价格较贵,一般适用于中小口径管道上。近十年由于铸造技术的改进,采用消失模法或树脂砂法铸造,可避免或减少机械加工,从而降低了成本,因此球阀用于大口径管道上的可行性值得探索。

    近年湖北某厂仿照美国产品,研制出扇形偏心旋塞阀,扇形阀板上衬有橡胶,密封性好,启闭力矩小,过流面积大,并通过了机械部阀门检测中心作过阀门启闭耐久性检验及流阻检测,从而填补了国内此类阀型的空白。目前的扇形偏心旋塞阀底部有一凹槽,容易积渣,容易引起启闭故障,应以改进。

    2.2阀门的材质

    (1)供水管网中的阀门,过去阀体、阀盖、变速传动箱材质多数是灰口铸铁,部分为球墨铸铁。鉴于管材、管件均推广使用球墨铸铁,阀门的材质亦应如此。从而提高铸件的质量,且降低阀门的重量,特别是阀板首先应使用球铁件(QT405-10)。

    应该指出,由于阀体各部位厚薄不一,铸件球化的难度是较大的,应有相应的措施,确保铸件质量。目前阀体铸造上尚存在一些问题,譬如球墨铸铁的理化指标除个别厂家外,多数控制不严,并且用型砂翻铸,大量以机械加工成型。建议各厂家建立严格的质量控制体系,对于数量较大的中小口径阀门采用消失模法造型,大口径阀门采用树脂砂造型,并且要求铸件应有有效消除内应力的措施,推广抛丸清砂措施。铸件的缺陷,不允许用焊补方式消除,否则应采取措施消除焊补形成的内应力,进行更严格的检验,并向用户说明情况。

    在考察中亦了解到不少阀门制造厂家铸造件采用外协方式解决的,以优势互补的方式,购置外协部件组装亦是一种经营方式,关键是对外协件的质量控制要严格。当然对于购置低质的部件,略加装饰,扣上自身的厂牌,高价出售的作法是应制止的。

    (2)阀杆建议一律采用2CR13不锈钢材。

    (3)阀杆螺母建议采用铸铝黄铜或铸铝青铜,且螺母的硬度及强度大于阀杆。

    2.3阀门的启闭力矩为了人工或机具启闭的轻便,阀门在工作压力下的启闭力矩≤240N·m,也就是一个人操作即可。

    希望阀门制造厂家首先优化阀门结构的设计,提高部件组合的同心度、活动部件接触面的光洁度,减少启闭阻力。倘若仅仅靠变速传动箱的变速比,增加启闭转数的方式来减少启闭力矩是不理想的。为了这一目的,机械加工手段的更新是不容忽视的,如天津某阀门厂为了提高机械加工的质量,大量配备电脑程控的机床及加工中心,是值得赞许的。

    2.4阀杆的密封填料阀门的滴漏往往出现在阀杆的密封填料上,特别是大口径阀门因填料的维护而停水,代价是昂贵的。因此对于提高密封填料的耐久性是十分必要,一方面用料恰当,不易老化,二方面要求填料磨损很小,加之管网中阀门启闭次数有限,应力求数十年不更换为好。在考察中上海某公司对于DN100-2600mm的各类阀门的阀轴盘根填料均采用三道细胶圈及一个胶质防护罩,只要阀体、阀盖组装的同心度有保证,胶圈接触面的光洁度好,据该公司介绍可保证十年启闭不滴漏,这种阀轴密封方式比起人字形胶圈、弹性石墨填料等简单,并使启闭力矩减少等优点,值得借鉴。

    2.5阀门的变速传动箱

    大口径阀门由于启闭力矩的关系,配备了变速传动箱。对于这样的部件希望制造中注意以下几点:

    (1)箱体上有启闭限位的装置,这种装置的调节螺帽应设在箱体内。

  (2)箱体结构尽量小巧并牢固,若启闭操作过度,不致于箱体破裂。

  (3)传动结构设计合理,启闭时只能带动阀轴旋转,不使其上下窜动;传动部件咬合正常,不产生带负荷启闭时分离打滑。

    (4)变速传动箱在地下水位较高的地区往往容易被水浸泡,所以箱体应有密封措施。有些阀门制造厂家把阀轴填料处的外壳与变速传动箱连成整体,一旦填料处漏水,就很容易串入箱体内,这一点是值得改进的。

    2.6阀门的操作机构供水管网中的管道通常暗埋,阀门设井保护,明杆阀门是不适用的,阀门的启闭力求从地面作业,因此阀门启闭端应设方榫帽,而手轮是不适宜的。启闭方向一律要求顺时针旋转关阀,订货时应以明确。阀门的启闭度应有标示盘,这种标示盘应从地上观察到,标示盘的刻度应铸造在铸件上,可刷上荧光粉,以便醒目。不应使用铝皮等材料,指针与启闭限位的刻度应安装前调试好,并锁定。近来有些厂家对中小口径闸阀,也设计了相应启闭标示盘,这值得赞许的事。

    2.7阀门的性能与测试评价阀门的性能与性能检测时,要关注以下几点:

    (1)阀门在工作水压下启闭灵活、轻便,在工作水压下用扭矩搬手检测开启力矩。

    (2)阀门关闭严密,在11倍工作水压下,不渗漏或滴漏符合标准要求(金属密封的蝶阀),这要求阀门的两侧轮流承压、分别检测,且多次启闭达到同样效果。要求各种口径、不同类型的阀门,均应在制造厂家及有检测资格的单位,进行带负荷启闭的寿命检测。这种检测也包括对阀轴密封效果的评价。

    (3)阀门过流能力要强。特别是蝶阀,蝶板的过流阻力要小、过流有效面积要大。这要求各种口径、不同类型的阀门也应在有检测资格的单位,进行流阻系数的测定。

    (4)阀体承内水压的能力应与管道一致,也就是阀门开启状态下,阀门能承受管道试验压力的要求。

    (5)在考察的厂家中,个别阀门厂可进行DN≤600mm阀门的寿命、流阻、扭矩等的测试,不少的阀门厂不具备这样的手段。

    2.8阀门的内衬与外防腐阀门是产品,外观质量一方面是产品的形象,另一方面安装在阀井内,有时浸泡在水中,有时位于潮湿的空间,防止锈蚀是重要的。阀门是输送饮用水设备,阀体内衬材料一定要无毒,要耐腐蚀、耐磨,要光洁,使水流阻力小。特别是蝶阀的蝶板上,压板、螺栓、蝶板材质不同,很容易发生电化学腐蚀,腐蚀生成的铁锈延伸至密封面,影响阀门的密封效果,因此内衬要复盖完善。

    理想的作法是阀体、阀盖、变速传动箱体内外抛丸清砂后,再作静电喷涂无毒环氧树脂,可以达到上述的效果。在天津、上海相关公司对小口径阀门就有这方面的作业线。多数厂家阀体内外刷涂防锈漆,有些漆含铅等有害物质,不符合卫生要求。

    2.9阀门的说明书阀门是设备,在设备出厂时的说明书上应标明以下技术数据:

    阀门规格;型号;工作压力;制造标准;阀体材质;阀杆材质;密封材质;填料材质;阀门启闭方向;转数;工压状况下启闭最大力矩;制造厂厂名:出厂日期:重量;连接法兰盘的孔径、孔数、中心孔距,并希望以图示方式标明长、宽、高的控制尺寸;标明流阻系数;有效启闭次数及安装、维护注意事项等。

    2.10阀门的采购全国阀门制造厂家约2000多家,河南省就有100多家,有些厂家仅几个人的作坊,因此阀门制造质量及价格悬疏很大。为此,强烈呼吁有关方面整顿阀门制造行业,建立质量许可证制度,取缔伪劣产品。采购阀门时建议注意以下几点:

    (1)选购厂家切勿单一,货比三家。

    (2)选购的厂家力求是通过了ISO9001质量体系认证的企业,并注意所选的产品是否是通过了质量认证的产品。

    (3)根据阀门的用途不同,按上面研讨的问题,述及的论点,提好技术要求。

    (4)较高质量的阀门,价格亦相应较贵,应根据企业的总体情况,在性能价格比上选到适应企业需要的产品,不可能是一个模式,一样的价格。

    (5)管网中的阀门,启闭是不频繁的,但要拆换维修,却经济效益与社会效益的损失是较大的,因而选购质量较好,长期可不检修的产品是共同的愿望。若因多种原因,将性能价格比放低一点,那就要着重考虑产品售后服务的及时性。

    (6)阀门是设备,阀门包装是不应忽视的,小口径阀门应力求集装箱运输,大口径阀门要作好相应的包装,要保证阀门在长途运输中的完好性。必要时法兰盘应加堵板,保护密封面的材质不发生大的变化。

    (7)不少自来水公司对采购的阀门都要进行适当解体检查,重新试压检验,不合格的产品,不付款的措施,具有一定的作用,目前还没有发现那家的产品可以免检的。

    (8)阀门应存放在库房内,若是特大口径阀门无法放入库房时,露天摆放也应注意底部排水,上面应有遮盖,决不应日晒雨淋。考察中发现不少厂家制造出的新阀门一直放在露天日晒雨淋,阀门使用单位亦是这样,这务必纠正。

    2.11阀门的组装

    (1)阀门与管道的连接方式为了便利阀门的装拆,一般在阀门与管道连接一侧安装可固位伸缩器,有些企业对于DN≤400mm的阀门用单盘连轴器(活法兰)代替固位伸缩器。现在有些阀门制造厂家有带固位伸缩器的阀门产品,是值得欢迎的,但价格比一般阀门另加伸缩器的价格还高是不太合理的,影响了它的推广使用。

    (2)阀门不宜过早进入工地管道施工是一个较长的过程,施工负责人往往担心材料供应上的问题,开工就把阀门等附属设备领到工地,甚至按安装桩号一次性运至现场,这样阀门在数月内摆在工地日晒雨淋,无人监管,问题也就容易产生。建议管道施工过程中,用双平替代管的方式连接,待管道施工完毕,管内杂物清扫及阀门井砌筑(井上预制钢筋砼板未盖上),再将阀门运至工地逐个安装就位,然后完成砌井的收尾工作。北京市自来水公司大口径阀门安装就是采取这样的措施,值得借鉴。

    (3)阀门组装后的检验阀门监理验收人员在阀门现场组装后,应对组装情况进行检查,看是否符合图纸要求;是否符合运行管理的需要;启闭检查,启闭指示读数与实际启闭情况是否吻合;启闭转数是否与说明书一致;大口径管道还应钻入管内检查与清洗密封面;并作好验收记录,建立好阀门技术档案。

    2.12阀门的运行管理阀门能否启闭良好,不仅要阀门选型恰当、产品质量好、精心施工安装,而且还要周到的管理,才能起到“养兵千日,用兵一时”的效果。良好的运行管理体现在以下三个方面:技术资料齐备;阀门运行管理周到;阀井状况良好。

    (1)阀门的技术资料阀门的技术资料,包括阀门出厂说明书;阀门购进后的检验合格单;阀门组装及位置卡片;阀门检修记录。对于街道的变迁,阀门卡片应及时更新,力求建立GIS管理系统。

    (2)阀门运行管理阀门运行管理的质量要求包括阀门应关闭严密或基本严密;阀门轴杆密封填料处不串漏;阀门启闭轻便,指示完好。阀门运行管理日常工作包括阀门历次启闭操作单的报批记录及操作记录的完善;阀门定期周检的启闭记录等。对于长期没操作过的阀门,根据口径的大小,定出不同的周检周期是必要的,一般仅启闭活动数拾转,若要作完全关闭操作则慎重。对于发现的故障应提出相应的大中修计划,及时处理,特别关闭后无法开启的阀门应像抢修爆管一样进行紧急处理。

    (3)阀井状况阀井状况包括阀井砌筑符合设计要求;井盖无损与路面衔接完好;操作阀门的孔位准确;井内无杂物及污水;阀门表面无锈斑。由于阀井内是一密闭的空间,容易形成缺氧,二氧化碳含量升高,一旦维修人员下井作业前不进行强鼓风、换气等措施,容易危及人的生命。在条件许可的情况下,大口径阀门井应考虑井内空气可长期对流的技术措施为好。对于阀井应定期巡示,及时处理压埋问题,对于井盖丢失、损坏则应像抢修爆管一样紧急处理。

    武汉自来水公司提出对管网中的阀门管理如同设备管理的要求,利用GPS卫星定位系统,建立阀井坐标数据,提出评定检查细则及评分标准,强化管理的措施值得同行业的借鉴。

    此文系根据原“中国水协科技委管道专业委员会考察报告”的内容,适当压缩且加入个人的一些见解,不当之处望指正。

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